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Energie Macht Schule

Wasserkraft

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ist eine regenerative Energiequelle, bei der potenzielle oder kinetische Energie über Turbinen in Rotationsenergie umgewandelt wird. Wasserkraft ist nicht nur frei von Kohlendioxid, seine Produktion unterliegt im Gegensatz zu Strom aus Wind und Sonne kaum Schwankungen. Damit ist Wasserkraft eine sehr berechenbare natürliche Energiequelle.

Die Nutzung der Wasserkraft hat eine sehr lange Tradition, denn Wasserräder wurden schon in der Antike eingesetzt. In Deutschland reicht diese Art der Nutzung bis ins 19. Jahrhundert zurück und erfolgt weitestgehend in Laufwasserkraftwerken, die die Strömungsenergie der Flüsse in Strom umwandeln. In den gebirgsreichen Regionen Europas erfolgt die Wasserkraftnutzung durch Speicherkraftwerke.

Wasserkraftwerk WalchenseeAuch im 21. Jahrhundert ist die Nutzung der Wasserkraft aktueller denn je. 2019 leistete die Wasserkraft mit 20,1 Terawattstunden (TWh) einen wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung. Das entspricht etwa gut drei Prozent des erzeugten Stroms in Deutschland und rund 8,3 Prozent des in Deutschland erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien. Aktuell gibt es in Deutschland rund 7.300 Wasserkraftanlagen mit einer installierten Leistung von zusammen rund 5.500 Megawatt (MW). Die potenzielle Energie aller Gewässer ist mit jährlich 37.000 Milliarden Kilowattstunden enorm.

Die meisten Wasserkraftwerke in Deutschland befinden sich in den Bundesländern Bayern, Baden-Württemberg, Hessen, Rheinland-Pfalz und Thüringen. Voraussetzungen für die Nutzung der Wasserkraft sind genügend Wasser und eine ausreichende Fallhöhe. Durch das Gefälle kann dann mit der Fließgeschwindigkeit eine oder mehrere Wasserturbinen betrieben werden. Viele Kraftwerke sind auch dort entstanden, wo

  • zum Hochwasserschutz,
  • zur Schaffung ausreichender Wassertiefe für die Schifffahrt oder
  • für die Trinkwasserversorgung

Stauanlagen errichtet wurden. Der Wirkungsgrad liegt bei guten Wasserkraftanlagen bei über 90 Prozent. Die Investitionskosten sind abhängig von geologischen und topografischen Gegebenheiten des Standortes, aber um ein Vielfaches höher als bei fossil befeuerten Wärmekraftwerken. Dafür sind die Betriebskosten gering. Laufwasserkraftwerke sind durch eine geringe Fallhöhe des Wassers und durch einen stetigen Wasserdurchsatz ― entsprechend dem Abflussverhalten der Gewässer ― gekennzeichnet.

Arten von Wasserkraftwerken

Nach der Betriebsweise unterscheidet man Laufwasser- und Speicherwasser-Kraftwerke. Im Fall von Laufwasserkraftwerken wird die Energie fließenden Wassers wie das eines Flusses genutzt, ohne dass dieses zuvor gespeichert wird. Bei Speicherwasserkraftwerken wird die potenzielle Energie eines Stausees genutzt. Man kann Speicherwasserkraftwerke noch einmal nach der Fallhöhe des aufgestauten Wassers, also dem Höhenunterschied zwischen dem Wasser oberhalb der Turbine und des Wasserspiegel unterhalb der Turbine, unterscheiden. Man spricht im Bereich

 

  • bis etwa 25 Metern von Niederdruckkraftwerken,
  • bis 100 Metern von Mitteldruckkraftwerken und
  • über 100 Metern von Hochdruckkraftwerken.

Die meisten Standorte in Deutschland, die über günstige natürliche Bedingungen zur Wasserkraftnutzung verfügen, weisen bereits entsprechende Anlagen auf. Schätzungen zufolge könnte durch Modernisierungsvorhaben und den Bau neuer Anlagen die jährliche Stromproduktion in Wasserkraftwerken bis 2050 um zwei bis acht Milliarden Kilowattstunden gesteigert werden. Die Energieszenarien der Bundesregierung rechnen mit einem Ausbau um vier bis fünf Milliarden Kilowattstunden bis 2050.

Handelt es sich bei Energie aus Wasserkraftwerken um Erneuerbare Energie?

Strom aus Laufwasser- und Speicherwasserkraftwerken ist Elektrizität aus einer regenerativen Energiequelle. Davon zu unterscheiden ist Strom aus sogenannten Pumpspeicherkraftwerken. Sie bestehen aus einem oberen und einem unteren Becken, die mittels Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Diese wiederum werden im Maschinenhaus über Pumpen geführt bzw. über Turbinen, die mit einem Stromgenerator gekoppelt sind. Neuere Kraftwerke verfügen über sogenannte Pumpturbinen, welche beide Funktionen, die der Turbine und die der Pumpe, in sich vereinen.

In Phasen von Stromüberschuss im Netz, etwa wenn zu Starkwindzeiten viel Strom durch Windkraftanlagen eingespeist wird, wird Wasser aus dem Unterbecken mit Hilfe der elektrisch betriebenen Pumpen in das höher gelegene Oberbecken gepumpt. Bei Strommangel wird das Wasser wieder aus dem Oberbecken in das Unterbecken abgelassen. Dabei erzeugen die (Pump-)Turbinen beziehungsweise die damit gekoppelten Generatoren Strom. Mit dem Hochpumpen von Wasser wird Strom als potentielle Energie oder Lageenergie im Oberbecken verlustarm gespeichert. Wasser kann auf diese Weise ein hervorragender und effizienter Energiespeicher sein.

Einige Pumpspeicherkraftwerke verfügen zudem im Oberbecken über einen natürlichen Wasserzulauf wie beispielsweise einen Fluss. Bei dem daraus erzeugten Strom handelt es sich, im Gegensatz zu Strom aus zuvor gepumptem Wasser, um Ökostrom.
 

Stromerzeugung aus Wasserkraftanlagen

Schaubild: Stromerzeugung aus Wasserkraft; Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

 

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